CN108937900A - 用于确定用户的心率数据的方法、耳机和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于确定用户的心率数据的方法、耳机和系统。系统包括用于语音通信的耳机，耳机被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中，耳机包括：语音通信单元，用于启动语音通信通话模式以在耳机和远端设备间建立通话；扬声器，用于再现音频信号；麦克风，用于接收音频信号；光容积描记(PPG)传感器，用于通过用户的耳朵中或耳朵处的用户的皮肤进行光学测量；其中，系统包括连接到PPG传感器的处理单元，其中，处理单元被配置为基于PPG传感器测量值来确定用户的心率数据；其中，系统包括检测用户是否正在与远端设备通话还是未通话；并且其中系统包括数据通信单元，用于当用户佩戴耳机时提供所确定的用户的心率数据以用于指示用户的心率数据。

Description

用于确定用户的心率数据的方法、耳机和系统
技术领域
本公开涉及用于确定用户的心率数据的方法和系统。系统包括用于语音通信的耳机，并且该耳机被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中。
背景技术
在客户服务中心工作可能会非常紧张，尤其是当处理客户投诉、解决问题等时。感到有压力的客户服务中心代理人可能会发脾气或在其他方面被视为不礼貌。
在开放式办公室工作的员工暴露在噪音和分散注意力的谈话中。这会产生增加的压力水平。
因此，需要对这些人进行监测、检测并“在此刻(in the moment)”或作为日常指示向他们提供压力反馈。
发明内容
公开了一种用于确定用户的心率数据的系统。系统包括用于语音通信的耳机。耳机被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中。耳机包括语音通信单元，用于启动语音通信通话模式，以在耳机与远端设备之间建立通话。耳机包括用于再现音频信号的扬声器。耳机包括用于接收音频信号的麦克风。耳机包括光容积描记(photoplethysmograph，PPG)传感器，用于通过用户耳朵中或用户耳朵处的用户皮肤进行光学测量。系统包括连接到PPG传感器的处理单元。处理单元被配置用于基于PPG传感器测量值来确定用户的心率数据。系统包括检测用户是否正在与远端设备通话还是未通话。系统包括数据通信单元，用于当用户佩戴耳机时提供所确定的用户的心率数据，以指示用户的心率数据。
有利的是，所确定的用户的心率数据可以用于检测用户的压力。用户的心率数据通过光容积描记(PPG)传感器确定。系统包括处理单元，其被配置为基于PPG传感器测量值来确定用户的心率数据。有利的是，PPG传感器布置在配置为由用户佩戴的耳机中。耳机包括光容积描记(PPG)传感器，用于通过用户耳朵中或用户耳朵处的用户皮肤进行光学测量。因此，有利的是，耳机包括PPG传感器。
当耳机的用户是客户服务中心代理人或在开放式办公室工作的员工时，用户通常会在工作日长时间佩戴语音通信耳机，由于用户可能与远端设备处的其他人有很多或长时间的电话通话，和/或由于用户可能听音乐或使用语音通信耳机中的噪声消除功能以避免来自办公室周围的噪声。
例如，当用户工作日长时间佩戴耳机时，有利的是，将PPG传感器布置在耳机中，因为PPG传感器测量值然后可以在用户无论如何戴着耳机时执行。
此外，有利的是，PPG传感器测量值可以用于在短时间内检测用户的压力，例如，基本上随时地进行，从而使得特定的事件，例如，与客户的特定通话对话可以与用户的压力增加有关或相关联。
此外，有利的是，PPG传感器测量值可以用于在较长时间段内检测用户的压力，例如，一整天、一周、一个月等，从而可以检测用户长期的压力增加。
有利的是，系统可以检测用户是否正在与远端设备通话或未通话，因为由此系统可以将确定的心率数据或检测的压力与用户进行通话或未通话的时间段进行联系或关联。
系统包括用于语音通信的耳机，其中，语音通信可以经由无线连接或经由有线连接。
耳机被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中。因此，耳机可以包括耳罩，其中，耳罩是完全包围用户耳朵的罩耳式(circumaural)设计，或者其中耳罩是并不完全包围用户的耳朵的贴耳式(supra-aural)设计。或者，耳机可以包括被配置为布置在用户的耳道的外部中的耳塞或听筒。
耳机包括语音通信单元，用于启用语音通信通话模式，以在耳机和远端设备之间建立通话。语音通信单元可以是收发器。因此耳机被配置为通过与诸如其他电话、电话机、手机、智能手机、IP电话、Skype电话等的远端设备建立电话通话而进行语音通信。
耳机包括用于再现音频信号的扬声器，因此扬声器将来自远端设备的人的语音或讲话发送到佩戴耳机的用户的耳朵。
耳机包括用于接收音频信号的麦克风，因此来自耳机用户的语音或讲话通过耳机的麦克风传输到远端设备。
系统包括连接到PPG传感器的处理单元。处理单元可以布置在耳机中。可选地和/或另外地，处理单元可以布置在耳机的外部，例如，在用户的计算机中、在监督者/管理者计算机等中。处理单元可以有线或无线地连接到PPG传感器。如果处理单元布置在耳机中，则处理单元通常将经由布线连接到PPG传感器。如果处理单元没有布置在耳机中，即布置在耳机的外部，则处理单元可以无线地连接到PPG传感器。
处理单元被配置用于基于PPG传感器测量值确定用户的心率数据，因此术语心率数据可以用作使用PPG传感器测量或确定的内容的总体表达。可以以各种方式处理心率数据以检测压力，从而执行用户的健康分析、确定用户的心率(HR)、确定用户的心动周期(RRi)间隔、确定用户的心率变异性(HRV)等。
系统包括检测用户是否正在与远端设备通话或者未通话。因此，当用户正在通话时，耳机可处于通话模式，并且当用户未通话时，耳机可处于未通话模式。用户未通话的时间段或时间间隔可以被称为第一时间间隔T1。用户正在通话的时间段或时间间隔可以被称为第二时间间隔T2。
系统包括数据通信单元，用于当用户佩戴耳机时提供用户的确定的心率数据，以指示用户的心率数据。由于PPG传感器布置在耳机中并且被配置为在用户的皮肤上/处进行测量，所述当用户佩戴耳机时，用户的心率数据被确定。因此心率数据只能在用户佩戴耳机时获得。然而，数据通信单元可以在用户佩戴耳机时和/或在用户完成佩戴耳机之后和/或诸如在午休期间，用户佩戴耳机休息时提供所确定的心率数据。数据通信单元被配置为将来自，例如，耳机中的处理单元的数据传输到例如属于用户的监督者或管理者的外部电子设备，使得用户的监督者或管理者接收用户的心率数据的指示，并且可以在检测到用户等的压力的情况下相应地采取行动。属于监督者或管理者的外部电子设备可以包括用于接收来自处理单元的传输数据的对应数据通信单元。
用户的心率数据的指示可以在用户正在通话时和未通话时，或者仅当用户正在通话时提供。因此可以针对特定时间间隔或在特定时间间隔期间提供心率数据。
因此，有利的是，具有可以监测并检测压力水平并“在此刻”或作为日常指示向用户提供压力反馈的身体穿戴式设备。反馈信号可以作为视频或音频信号提供给通话代理人或监督者。
在上述两种情况下，即，作为客户服务中心代理人的用户或在开放式办公室工作的雇员，共同的是，用户长时间佩戴耳机。耳机为身体传感器提供了有利的位置，该传感器可用于检测压力，触发对用户的反馈，刺激用户休息、或减轻工作负担、或进行放松练习。使用光容积描记(PPG)传感器作为头戴式检测传感器可用于检测缺乏身体活动并促进用户休息从工作中放松。此外，测量像心率(HR)、血压(BP)的生物特征参数以及每日收集它们可以提供额外的健康指示。
公开了在根据上文的系统中执行的用于确定用户的心率数据的方法。该方法包括：
-确定心率(HR)；
-确定心动周期(RRi)间隔；
-基于所确定的心动周期间隔(RRi)，确定在一段时间间隔期间的心率变异性(HRV)；
-基于心率变异性(HRV)确定低频(LF)分量和高频(HF)分量，其中，低频(LF)分量和高频(HF)分量是心动周期(RRi)周期图中的分量，其中，心动周期(RRi)周期图是基于确定的心动周期(RRi)间隔的；
-当用户未通话时，在第一时间间隔T1期间确定低频(LF)分量和高频(HF)分量的基础测量值，并且其中，处理单元被配置用于在第一时间间隔T1期间测量低频(LF)分量和高频(HF)分量之间的第一比率(LF/HF-off call)；
-当用户正在通话时，在第二时间间隔T2期间测量低频(LF)分量与高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF-on call)；
-通过检测心率超过第一预定义阈值(threshold 1)的和/或通过检测第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(threshold2)来检测压力。
在一些实施例中，处理单元被配置用于基于PPG传感器测量值确定心率(HR)并确定心动周期(RRi)间隔，并且处理单元被配置用于基于心动周期(RRi)间隔确定在一段时间间隔期间的心率变异性(HRV)。
心率(HR)可以是当前的心率。因此心率(HR)可能不会是在一段时间内。然而，例如，当前心率(HR)可能在非常短的时间间隔内，诸如几秒、几毫秒等。心率变异性(HRV)可以是一段时间内或在一段时间间隔期间。心率变异性(HRV)可以仅从心动周期(RRi)间隔确定。心动周期间隔(RRi)可以是心脏跳动之间的时间间隔，其中，心脏跳动是心脏肌肉的收缩，导致一定量的血液移动。心率变异性(HRV)是涵盖许多参数提取的广义术语，其中之一是指示压力的低频和高频(LF/HF)之间的比率，因为压力的定义是交感神经活动主导自主神经系统。
在一些实施例中，处理单元被配置用于基于心率变异性(HRV)来确定低频(LF)分量和高频(HF)分量，其中，低频(LF)分量和高频(HF)分量是心动周期(RRi)周期图中的分量，其中，心动周期(RRi)周期图基于确定的心动周期(RRi)间隔。
在一些实施例中，当用户未通话时，处理单元被配置用于在第一时间间隔T1期间确定低频(LF)分量和高频(HF)分量的基础测量值，并且处理单元被配置用于在第一时间间隔T1期间测量低频(LF)分量与高频(HF)分量之间的第一比率(LF/HF-off call)。
因此，当用户未通话，即，没有通话(可以假设用户是冷静而没有压力的)时，执行在第一时间间隔T1期间的基础测量，以及，即第一比率(LF/HF-off call)的测量。在第一时间间隔T1期间的基础测量可以例如在工作日的开始时执行，例如在每个工作日的开始时、或者诸如每个星期一早晨、或者诸如在用户刚完成放松练习之后执行等。
在一些实施例中，当用户正在通话时，处理单元被配置用于在第二时间间隔T2期间测量低频(LF)分量和高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF-on call)。
因此，当用户正在通话时执行第二时间间隔T2期间的第二比率(LF/HF-on call)的测量，因为这是可能发生用户变得有压力的时间段。
在一些实施例中，处理单元被配置为通过检测心率超过第一预定义阈值(threshold 1)的和/或通过检测第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(threshold 2)来检测压力。
可以通过(a)心率(HR)超过第一预定义阈值(threshold 1)或(b)由心率变异性(HRV)分析确定的比率LF/HF超过第二预定义阈值(threshold 2)来检测压力。为了获得LF/HF比率的变化，可能不需要增加心率(HR)。心率(HR)也可能由于精神负担而增加，但高心率(HR)也是压力的指示，并且还会导致高血压。因此，当用户正在通话时，系统的处理单元被配置为在第二时间间隔T2中检测心率(HR)超过第一预定义阈值(threshold 1)和/或检测第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(阈值2)以检测压力。可以在整个第二时间间隔T2或者可以是第二时间间隔T2的子集内执行检测。检测到的心率增加可以是超过阈值的增加、和/或显著的心率增加、和/或某种程度的增加等。
在一些实施例中，系统包括通知单元，如果处理单元检测到用户的心率增加，则该通知单元用于提供通知。通知可以是给用户和/或监督者或管理者的。通知可以是音频、视觉和/或触觉通知，诸如耳机和/或相关计算机中的警告声音、语音或讲话、耳机和/或相关计算机中的闪光灯、和/或耳机和/或在相关的计算机的振动等。
在一些实施例中，耳机包括运动传感器，其被配置用于检测用户的头部运动，以滤除PPG传感器测量值中的运动引起的假像。
在一些实施例中，耳机被配置使得当用户佩戴耳机时，PPG传感器被布置在用户的耳前皮肤窝区域处以从浅颞动脉获得PPG信号。PPG传感器可以布置在用户的耳前皮肤窝区域处，例如其中，耳机包括覆盖或接触用户的耳前皮肤窝区域的罩耳式耳罩。
在一些实施例中，耳机被配置成使得当用户佩戴耳机时PPG传感器布置在皮肤表面上方小于5mm处，例如小于4mm处、或例如小于3mm处、或例如小于2mm处、或例如小于1mm处。例如，当耳机包括罩耳式耳罩时或者当耳机是诸如运动耳机之类的耳朵中设备时，PPG传感器可以布置在皮肤表面上方小于5mm处。
在一些实施例中，耳机包括耳机外壳，而耳垫安装在耳机外壳上，并且PPG传感器安装在耳机外壳内或耳垫内。由此可以实现，当用户佩戴耳机时，PPG传感器被布置在用户的耳前皮肤窝区域处以从浅颞动脉获得PPG信号。
在一些实施例中，耳机外壳包括突起，其中，PPG传感器被配置以被布置，使得当用户佩戴耳机时，突起被配置为搁置/位于用户的耳前皮肤窝区域。突起可以是成角度的部分、凸起部分、弯曲等。例如，耳机外壳可以包括第一面，其被配置成当用户戴着耳机时指向用户的耳朵/皮肤。耳机外壳可以包括第二面，其被配置为当用户佩戴耳机时指向周围环境。突起可以布置在第一面中。突起可以是相对于平面(例如，第二面的平面)具有一定角度的成角度(在10度和60度之间)的部分。突起或成角度部分可以布置在耳机外壳的中心线处，或者相对于耳机外壳的中心线歪斜/倾斜地布置。
在一些实施例中，耳机包括固定部分，用于当用户佩戴耳机时固定耳机外壳的位置，使得PPG传感器布置在用户的耳前皮肤区域处。固定部分可以是来自耳机的头带部分的棒或杆，以将耳罩部分固定或保持在耳朵处，以确保PPG传感器被布置在用户的耳前皮肤窝区域处。
在一些实施例中，系统包括用于指示耳机处于通话模式还是处于非通话模式的通话指示器，以检测用户是否正在与远端设备通话或者未通话。
因此，系统包括检测用户是否正在与远端设备通话还是未通话。系统可以通过检测耳机处于通话模式还是处于非通话模式来执行该检测。例如耳机的系统可以包括用于指示或检测耳机是处于通话模式，即正在通话还是处于非通话模式，即未通话的通话指示器。
有利的是，系统可以检测用户是否正在与远端设备通话或未通话，因为由此系统可以将确定的心率数据或检测的压力与用户进行通话或未通话的时间段进行联系或关联。
公开了一种配置用于语音通信的耳机，其中，耳机被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中，其中，耳机被配置在根据上述的系统中使用。
耳机可以是带有PPG传感器的USB连接的有线通信耳机。PPG传感器被配置为连接到控制PPG数据采样的处理器(DSP)。PPG传感器及其处理器被配置为确定心率(HR)和心动周期(RRi)间隔，并执行心率变异性(HRV)分析。基于HRV分析，RRi周期图中的LF(低频)和HF(高频)分量被配置为被确定，检测用户在正在通话和未通话时的压力时段。系统可以被配置为向用户提供音频和/或视觉反馈以影响用户的行为。基于传感器反馈，用户可以有可能请求“放松服务”(解压服务)，例如通过耳机被配置为连接到通过音频指导提供放松指导的应用或网络服务，例如，音乐和呼吸练习的组合。可选地和/或另外地，耳机和/或系统可以被配置用于基于受到呼吸影响的HRV的实时分析来提供视觉和/或音频反馈。
PPG传感器可另外用作耳机是否安装在用户头部上的可靠检测器。因此，PPG传感器可以被配置为用于检测用户何时正在坐着工作，即，检测低/无身体活动的时段。
压力指数、人力资源、工作指示、正在通话指示等的一个或多个的组合被配置为在工作时间内被收集并被记录用于用户的健康分析，例如，检测日常变化，工作量对收集的生物统计数据的影响等。
PPG传感器可以被配置为安装在用户的头部上以具有指向耳前皮肤窝的无障碍视场，从而从用户的浅颞动脉(superficial temporal artery)获得PPG信号。
在其中PPG传感器和耳垫被配置安装的耳机外壳可以是成角度的或折叠的或弯曲的，以允许PPG传感器相对于用户的耳廓和耳前皮肤窝合理精确的定位。
系统包括带有嵌入式光容积描记(PPG)传感器的耳机。耳机被配置为由用户佩戴。PPG传感器连接到处理器，例如，DSP(数字信号处理器)等。处理器被配置用于执行用户的心率变异性的分析、从心率变异性数据提取特征、估计压力度量并且可以在压力或愤怒超过阈值时向用户或监督者提供近乎瞬时的反馈。
反射PPG传感器被配置为布置在皮肤附近或与用户的皮肤接触(例如，通过附着在身体上)。PPG传感器被配置为使用产生蓝色(465nm)和/或绿色(520nm)和/或红外(940nm)光和/或多个波长的光的组合的LED(发光二极管)光源。PPG传感器中的光电检测器被配置为测量来自用户的皮肤/组织/血液的反射光的强度。由于血液中光线的吸收，反射光线在视线上(in the line of sight)与血液量成反比，并因此可用于追踪动脉血液的脉动。
PPG传感器在耳机中的安装或设置可以通过耳机的耳罩为罩耳式设计来提供。为罩耳式(字面上意思是“在耳朵周围”)的耳机可以允许用户的耳朵被耳罩完全包围。在罩耳式设计的情况下，用户的耳前皮肤窝区域可以是测量PPG信号的合适位置。在这种情况下，PPG传感器可以嵌入在通常为聚氨酯或聚酯泡沫的耳垫材料中。耳垫材料可以配置成使其暴露PPG中的光学传感器，从而使得光学传感器可以接触皮肤或接近皮肤，例如离皮肤表面1-4mm。
具有PPG传感器的耳垫可以是模块化设计中的选项，其中用户可以在具有和不具有PPG传感器的耳垫之间进行选择。
耳罩可以是贴耳式设计(supra-aural design)。贴耳式耳机是戴在耳朵上，但不能完全覆盖、包围或包裹耳朵的耳机。为了保护皮肤或使皮肤接近与外耳中的PPG传感器接触，可以在耳罩上设置包括PPG传感器的弹簧加载臂。或者，PPG传感器可以安装在衬垫后面的PCB(印刷电路板)上，并且衬垫可以具有开口以允许PPG传感器对皮肤具有无阻碍的视野。或者，PPG传感器可以集成到用于安装衬垫的耳机外壳中。
或者，PPG传感器可以嵌入耳塞式耳机中，其中PPG传感器将与外耳接触。JabraPulse Sport是一款耳塞式耳机的实例。
或者，可以在耳机的耳罩中设置成角度的、折叠的或弯曲的耳机外壳，并且可以在用户的耳前皮肤窝区域处提供PPG传感器的适当位置，以从用户的浅表颞动脉获得PPG信号。
在耳机中设置的运动传感器可以用于监测用户的运动，例如，当用户正在进行体力活动时，以便从压力分析中排除高身体活动时段，并防止在运动期间使用相当差的PPG信号，因为运动会诱发PPG信号中的假象。
此外，PPG传感器可以用作耳机是否安装在用户头部上的可靠检测器。如果没有检测到PPG信号，耳机可能未被用户佩戴。因此，如果没有检测到PPG信号，则这表示耳机没有被安装在用户的头上。如果检测到PPG信号，则表示耳机被安装在用户的头上。
为了检测用户的压力和/或提供健康分析，可以执行以下方法。
可以在通话期间提供压力检测并发信号。为了从用户的非压力期真正检测压力期，可以提供基础测量值。通信耳机的处理器可以知道通话环境(context)，例如在通话中，未在通话中等。
因此，通信耳机的处理器可以被配置为知道用户何时正在通话。因此，处理器可以被配置成当用户未通话时执行基础测量，并且处理器可以被配置为在未通话期间和通话期间测量HRV。通信耳机的处理器可以因此被配置为检测压力或愤怒情况的变化并向用户和/或管理者提供反馈(例如，对干预)，从而提供影响用户放松的反馈，诸如约束他或她自己。给用户的反馈可以是可视的或借助在耳机中提供给用户的音频信号。
分析中可能会使用一些阈值：
t1-绝对LF/HF压力阈值。
t2-当LF/HF>t1被认为是真正的压力情况时的持续时间。
TB1-相对于基础情况(例如，在工作日开始时)的压力阈值。
TB2-当LF/HF>TB1被认为是真实的现场压力情况时的持续时间。
存在不同的方式实施信号分析以及数据收集和干预。
耳机可以是USB有线或无线的。信号处理、分析和干预可以在耳机中或通过耳机来执行。产生的HR、HRV和压力度量可以经由蓝牙连接或蓝牙低功耗连接传送到智能手机或平板电脑或PC上的健康应用程序。产生的HR、HRV和压力度量可以经由USB传输到连接的PC或平板电脑。可选地和/或另外地，信号处理分析和干预可以在耳机外部执行，诸如在外部处理器中和/或使用在智能手机中或在连接的PC或平板电脑中的应用程序。
耳机可以被配置为提供放松练习，由此用户可以通过在耳机中提供的音频来引导以执行例如，深呼吸，直到处理器检测到用户达到放松状态。放松指导可以设置在应用中，诸如智能手机应用、或Web服务，其中用户通过耳机连接到Web服务，该服务响应HR、HRV和压力度量生成音频指导。
PPG信号的信号处理
PPG信号可以以合适的通常为250HZ-1000Hz的高频率进行采样，以使得PPG曲线的精确度达到毫秒，并因此使得RR间隔具有良好精度。
心率变异性HRV是心动周期间隔的变化。
典型的分析过程可包括：
PPG曲线可能会针对可能的假象进行校正。R-R间隔(RRi)由PPG曲线中的峰值确定。可以使用线性插值将RRi速度记录转换成等距分布的样本(重采样)。
可以使用不同的度量来将压力期与“放松”期分开。
根据压力的定义，当交感神经活动主导自主神经系统ANS时，那么受试者或用户受到压力。在恢复期，副交感神经活动占主导地位。RR间隔由这两种活动调节，并且可以通过对RRi重采样数据执行傅里叶分析来估计RR间隔。来自交感神经和副交感神经系统的单独的节律性贡献调节心率间隔RR：交感神经活动与低频0.04-0.15Hz相关，而副交感神经活动与更高频率范围0.15-0.4Hz相关。
可能存在很多用于评估RRi数据的度量，包括图形庞加莱图(graphical Poincareplots)。
低频率与高频率的比率是可以用来检测压力或愤怒的度量之一。
当受试者或用户受到压力时，通过主导频谱的LF分量(对应于交感神经系统)可以看到压力的影响。
分析可以使用相当短的1-4秒的不相交间隔、较长的不相交间隔或滑动窗口间隔。
因此，可以检测“在此刻”的压力或愤怒，并计算工作日或更长时间段的指数。
HRV可能依赖于心率(HR)的外部管理。
HRV可能是了解自主神经系统(ANS)状态的有用信号。
ANS具有交感神经和副交感神经分量。交感神经刺激是对压力的响应，副交感神经是由内脏功能驱动的。
来自交感神经和副交感神经的独立节律性贡献调节心率间隔RR：交感神经活动与0.04-0.15Hz的低频有关，副交感神经与0.15-0.4Hz的较高频率范围有关。
可以使用许多分析方法：时域(RR间隔SDNN的标准差，间隔SDSD之间的差的标准差等)、庞加莱几何分析(Poincare geometry analysis)、频域分析、非线性方法等。
压力可定义为“当交感神经活动主导ANS并且副交感神经(迷走神经)激活低时，身体活动水平的增加”。恢复被定义为“当副交感神经(迷走神经)活动主导ANS对交感神经活动时身体活动水平的降低”。
通常通过等距重采样RR信号的傅里叶变换获得的HFP和LFP可以用于区分压力期和恢复期。
本发明涉及包括上面和下面描述的系统以及对应的系统部分、耳机、方法、设备、系统、网络、套件、用途和/或产品方法的不同方面，每个产生结合提及的第一方面描述的一个或多个益处和优点，并且每个具有对应于结合提及的第一方面描述和/或在所附权利要求中公开的实施例的一个或多个实施例。
附图说明
对于本领域技术人员而言，通过参照附图对本发明的示例性实施例的以下详细描述，上述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示意性地示出用于确定用户的心率数据的系统2的示例。
图2示意性地示出用于确定用户的心率数据的系统2的示例。
图3示意性地示出通过用户的皮肤进行光学测量的光容积描记(PPG)传感器。
图4示意性地示出在用于确定用户的心率数据的系统中执行的方法。
图5示意性地示出用于诸如检测佩戴包括PPG传感器的耳机的用户的压力的健康分析的方法。
图6示意性地示出用于诸如检测佩戴包括PPG传感器的耳机的用户的压力的健康分析的方法。
图7示意性地示出外耳的解剖结构，该解剖结构展示耳前皮肤窝的大致位置。
图8a和图8b示意性地示出具有PPG传感器的耳机和具有罩耳式设计的耳机的耳罩。
图9a示意性地示出成角度的耳机外壳，其包括设置在耳机的耳罩中的突起。
图9b用虚线示出耳机外壳的突起或成角度部分的最佳位置。
具体实施方式
以下参考附图描述各种实施例。相同的附图标记始终指代相同的元件。因此，关于每个附图的描述将不再详细描述相同的元件。还应该注意的是，附图仅用于帮助描述实施例。它们不旨在作为对要求保护的发明的详尽描述或者作为对要求保护的发明的范围上的限制。另外，所示实施例不需要具有所示的所有方面或优点。结合特定实施例描述的方面或优点不一定限于该实施例，并且可以在任何其他实施例中实施，即使没有如此说明，或者如果没有如此明确地描述。
在全文中，相同的附图标记用于相同或相应的部分。
图1示意性地示出用于确定用户的心率数据的系统2的示例。系统2包括用于语音通信的耳机4。耳机4被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中。耳机2包括语音通信单元6，用于启用语音通信通话模式以在耳机4和远端设备(未示出)之间建立通话。耳机2包括用于再现音频信号的扬声器8。耳机2包括用于接收音频信号的麦克风10。耳机2包括光容积描记(PPG)传感器12，用于通过用户的耳朵中或耳朵处的用户的皮肤进行光学测量。
系统2包括连接到PPG传感器12的处理单元14，其中，处理单元14被配置为基于PPG传感器测量值来确定用户的心率数据。在图1中，处理单元14被示出为在耳机2中。然而，处理单元14可以可选地和/或附加地布置在耳机外部的外部设备18中，例如，在用户的计算机中，和/或在属于用户或由监督者/管理员控制的计算机中。
系统2包括检测用户是否正在与远端设备通话还是未通话。
系统2包括数据通信单元16，用于当用户佩戴耳机4时提供所确定的用户的心率数据以用于指示用户的心率数据。在图1中，数据通信单元16被示出为设置在耳机2中。然而，如果处理单元14布置在耳机2外部的外部设备18中，则数据通信单元16也可以布置在外部设备18中，如用户电脑、监督者/管理员电脑等中。
耳机2与外部设备18之间的通信20可以经由有线连接或经由无线连接，诸如蓝牙。外部设备18可以包括数据通信单元22，用于与耳机2中的数据通信单元16进行数据通信。
外部设备18还可以包括用于显示用户的心率数据的显示器28。
图2示意性地示出用于确定用户的心率数据的系统2的示例。系统2包括用于语音通信的耳机4。耳机4被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中。耳机2包括语音通信单元6，用于启用语音通信通话模式以在耳机4和远端设备(未示出)之间建立通话。耳机2包括用于再现音频信号的扬声器8。耳机2包括用于接收音频信号的麦克风10。耳机2包括光容积描记(PPG)传感器12，用于通过用户的耳朵中或耳朵处的用户的皮肤进行光学测量。
系统2包括连接到PPG传感器12的处理单元14，其中，处理单元14被配置为基于PPG传感器测量值来确定用户的心率数据。在图2中，处理单元14被示出为在耳机2中。然而，处理单元14可以可选地和/或附加地布置在耳机外部的外部设备18中，例如，在用户的计算机中，和/或在属于用户或由监督者/管理员控制的计算机中。
系统2包括检测用户是否正在与远端设备通话还是未通话。
系统2包括数据通信单元16，用于当用户佩戴耳机4时提供所确定的用户的心率数据以用于指示用户的心率数据。在图2中，数据通信单元16被示出为设置在耳机2中。然而，如果处理单元14布置在耳机2外部的外部设备18中，则数据通信单元16也可以布置在外部设备18中，诸如用户电脑、监督者/管理员电脑等中。
耳机2与外部设备18之间的通信20可以经由有线连接或经由无线连接，诸如蓝牙。外部设备18可以包括数据通信单元22，用于与耳机2中的数据通信单元16进行数据通信。
外部设备18还可以包括用于显示用户的心脏日期数据的显示器28。
图2还示出耳机可以包括麦克风悬臂24，该麦克风悬臂24包括话筒10。耳机还可以包括用于将耳机2附接到用户头部的头带34或颈带。在图2中所示出的耳机2是仅具有一个耳罩的耳机，并因此一个扬声器8覆盖一个耳朵。耳机2被配置为在部件36处附接到用户的头部。或者，耳机2可以包括一个耳塞，或者两个耳罩或两个耳塞。
图3示意性地示出通过用户皮肤进行光学测量的光容积描记(PPG)传感器。
反射PPG传感器被配置为布置在皮肤附近或与用户的皮肤接触(例如，通过附着在身体上)。PPG传感器被配置为使用产生蓝色(465nm)和/或绿色(520nm)和/或红外(940nm)光和/或多个波长的光的组合的LED(发光二极管)光源。PPG传感器中的光电检测器被配置为测量来自用户的皮肤/组织/血液的反射光的强度。由于血液中光线的吸收，反射光线在视线上与血液量成反比，因此可用于追踪动脉血液的脉动。
图3示意性地示出光源通过组织、静脉血、动脉血的非脉动成分和动脉血的脉动成分的透过和反射，参见图3的顶部。图3的底部示意性地示出反射光的强度被配置成在一段时间间隔期间(x轴是时间)由PPG传感器中的光电检测器测量。由于血液中光线的吸收，反射光线在视线上与血液量成反比，因此可用于追踪动脉血液的脉动。
图4示意性地示出在系统2中执行的用于确定用户的心率数据的方法100。方法包括以下步骤：
在步骤102中，确定用户的心率(HR)。
在步骤104中，确定用户的心动周期(RRi)间隔。
在步骤106中，在一段时间间隔期间确定用户的心率变异性(HRV)，其中，确定106基于来自步骤104的确定的心动周期(RRi)间隔。
在步骤108中，基于来自步骤106的心率变异性(HRV)确定低频(LF)分量和高频(HF)分量，其中，低频(LF)分量和高频(HF)分量是心动周期(RRi)周期图中的分量，其中，心动周期(RRi)周期图基于从步骤104确定的心动周期(RRi)间隔。
在步骤110中，当用户未通话时，在第一时间间隔T1期间确定低频(LF)分量和高频(HF)分量的基础测量值，并且处理单元被配置用于在第一时间间隔T1期间测量低频(LF)分量和高频(HF)分量之间的第一比率(LF/HF-off call)。
在步骤112中，当用户正在通话时，在第二时间间隔T2期间测量低频(LF)分量和高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF–on call)。
在步骤114中，通过检测心率超过第一预定义阈值(threshold 1)的和/或通过检测第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(threshold 2)来检测压力。
图5示意性地示出用于诸如检测佩戴包括PPG传感器的耳机的用户的压力的健康分析的方法。
为了检测用户的压力和/或提供健康分析，可以执行以下方法。
可以提供在通话期间的检测并且信号通知压力。为了真正检测到来自用户的非压力期的压力期，可以提供基础测量值。通信耳机的处理器可以知道通话环境，诸如正在通话、未通话等。
因此，通信耳机的处理器可以被配置为知道用户何时正在通话。因此，处理器可以被配置为在用户未通话时执行基础测量值，并且处理器可以被配置为在未通话期间和正在通话期间测量HRV。通信耳机的处理器因此可以被配置为检测压力或愤怒情况的变化并向用户和/或管理者提供反馈，例如干预，从而提供影响用户放松的反馈，诸如约束他或她自己。给用户的反馈可以是可视的或者借助于耳机中提供给用户的音频信号。
在图5中，方法包括将PPG传感器输入502发送到心率(HR)信号提取504。系统或耳机检测506耳机是否在用户头上。如果耳机不在用户的头部(508)，则返回到PPG传感器输入502和HR信号提取504。如果耳机是在用户的头部(510)，则继续记录心率(HR)以分析压力度量512。然后确定514用户正在通话中还是未通话。如果用户未通话，516，则继续健康生物特征记录(心率、压力度量、通话检测器)518。如果用户正在通话中，520，则继续确定522压力指数是否超过阈值。如果压力指数未超过阈值524，则继续健康生物特征记录(心率、压力度量、通话检测器)518。如果压力指数确实超过阈值526，则向用户生成现场压力反馈528并继续健康生物特征记录(心率、压力度量、正在通话检测器)518。
图6示意性地示出用于诸如检测佩戴包括PPG传感器的耳机的用户的压力的健康分析的方法。
在图6中使用一些阈值：
t1-绝对LF/HF压力阈值。
t2-当LF/HF>t1被认为是真正的压力情况时的持续时间。
TB1-相对于基础情况(例如，在工作日开始时)的压力阈值。
TB2-当LF/HF>TB1被认为是真实的现场压力情况时的持续时间。
存在不同的方式实施信号分析以及数据收集和干预。
耳机可以是USB有线或无线的。信号处理、分析和干预可以在耳机中或通过耳机执行。产生的HR、HRV和压力度量可以经由蓝牙连接或蓝牙低功耗连接传送到智能手机中或平板电脑或PC上的健康应用程序。产生的HR、HRV和压力度量可以经由USB传输到连接的PC或平板电脑。可选地和/或另外地，信号处理分析和干预可以在耳机外部执行，例如在外部处理器中和/或使用智能手机中或者在连接的PC或平板电脑中的应用程序。
在图6中，方法包括当用户未在通话中604即未通话时开始602。这里测量基础LF、HF分量及其比率。然后确定606LF/HF是否高于绝对阈值t1。如果LF/HF不高于绝对阈值t1，608，则返回到用户未在通话中的状态，604，即未通话，其中，测量基础LF、HF分量及其比率。如果LF/HF高于绝对阈值t1，610，则继续确定612(LF/HF高于绝对阈值)的时间是否超过t2阈值。如果(LF/HF高于绝对阈值)的时间不超过t2阈值，614，则记录无压力，616，并且返回到用户未在通话中的状态，604，即，未通话，其中，基础LF、HF分量及其比率。如果(LF/HF高于绝对阈值)的时间超过t2阈值，618，则记录压力，620，并且返回到用户未在通话中的状态，604，即未通话，其中，测量基础LF、HF分量及其比率。
对于用户正在通话中622的情况，测量LF、HF分量及其比率。用户未在通话中604和用户正在通话中622之间的改变可能是由于通话结束624或新通话626已经开始。当用户正在通话中622时，确定LF/HF是否高于基础阈值TB1，628。如果LF/HF不高于基础阈值TB1，630，则返回到用户正在通话中的状态，622，其中，测量LF、HF分量及其比率。如果LF/HF是高于基础阈值TB1，632，则确定634(LF/HF高于基础阈值TB1)的时间是否超过TB2阈值。如果(LF/HF高于基础阈值TB1)的时间不超过TB2阈值，636，则返回到用户正在通话中的状态，622，其中测量LF、HF分量及其比率。如果(LF/HF高于基础阈值TB1)的时间超过TB2阈值，638，则生成正在通话现场反馈，640，并且然后返回到用户正在通话中的状态，622，其中，测量LF、HF分量及其比例。
图7示意性地示出外耳的解剖结构，该解剖结构展示耳前皮肤窝72的大致位置。当用户佩戴耳机时，耳机中的PPG传感器被配置为布置在用户的耳前皮肤窝区域处，用于获得来自浅颞动脉的PPG信号。
图8a和图8b示意性地示出具有PPG传感器的耳机和具有罩耳式设计的耳机的耳罩。
耳机4中的PPG传感器12的安装或提供可以通过耳机4的耳罩40为罩耳式设计来实现，参见图8a。耳罩40包括耳机外壳44和耳垫材料42。在罩耳式设计的情况下，用户的耳前皮肤窝区域可以是测量PPG信号的合适位置。图8b示出PPG传感器12在这种情况下可以嵌入耳垫材料42中，该耳垫材料42通常为聚氨酯或聚酯泡沫。耳垫材料42可以被配置使其暴露PPG12中的光学传感器，从而使得光学传感器可以接触或靠近皮肤，例如离皮肤表面1-4mm。
图9a示意性地示出设置在耳罩40中的成角度的、折叠的或弯曲的耳机的耳机外壳44，参见图8。成角度的、折叠的或弯曲的耳机外壳44可以在用户的耳前皮肤窝区域处提供PPG传感器的合适位置，以从用户的浅颞动脉获得PPG信号。
耳机外壳44包括突起46，其中，PPG传感器被配置为布置成使得使得当用户佩戴耳机时，突起被配置为搁置/位于用户的耳前皮肤窝区域处。突起46可以是成角度的部分、凸起部分、弯曲等。例如，耳机外壳44可以包括第一面48，该第一面48被配置为当用户佩戴耳机时指向用户的耳朵/皮肤。耳机外壳44可以包括第二面50，该第二面50被配置成当用户佩戴耳机时指向周围环境。突起46可以布置在第一面48中。突起46可以是相对于平面(例如第二面50)具有10度和60度之间的角度的成角度部分。突起46或成角度部分可以布置在耳机外壳44的中心线处，或者相对于耳机外壳44的中心线布置成歪斜/倾斜。
图9b用虚线示出耳机外壳的突起或成角度部分(见图9a)的最佳位置。
尽管已经示出和描述了特定的特征，但是将理解的是，它们不旨在限制要求保护的发明，并且对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以做出各种改变和修改而不脱离要求保护的发明的范围。说明书和附图因此被认为是说明性的而不是限制性的。要求保护的发明旨在涵盖所有替代、修改和等同物。
引用列表
2 系统
4 耳机
6 耳机的语音通信单元
8 耳机的扬声器
10 耳机的麦克风
12 光容积描记(PPG)传感器
14 处理单元
16 数据通信单元
18 外部设备
20 耳机与外部设备之间的通信
22 外部设备的数据通信单元
24 耳机的麦克风悬臂
28 外部设备的显示器
34 耳机的头带
36 耳机的头部固定部分
40 耳罩
42 耳垫
44 耳机外壳
46 用于PPG传感器的耳机外壳中的突起
48 耳机外壳的第一面
50 耳机外壳的第二面
72 耳前皮肤窝
100 用于确定用户的心率数据的方法
102 确定心率(HR)的方法步骤；
104 确定心动周期(RRi)间隔的方法步骤；
106 基于所确定的心动周期(RRi)间隔来确定在一段时间间隔期间的心率变异性(HRV)的方法步骤；
108 基于心率变异性(HRV)确定低频(LF)分量和高频(HF)分量的方法步骤；
110 当用户未通话时，在第一时间间隔T1期间确定低频(LF)分量和高频(HF)分量的基础测量值的方法步骤；
112 当用户正在通话时，在第二时间间隔T2期间测量低频(LF)分量和高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF-on call)的方法步骤；
114 检测压力的方法步骤
502-528 用于健康分析的方法的方法步骤，诸如检测用户的压力、佩戴包括PPG传感器的耳机
602-640 用于健康分析的方法的方法步骤，诸如检测用户的压力、佩戴包括PPG传感器的耳机。

Claims (16)

1.一种用于确定用户的心率数据的系统(2)，所述系统(2)包括用于语音通信的耳机(4)，所述耳机(4)被配置为至少部分地佩戴在所述用户的耳朵处或耳朵中，
所述耳机(4)包括：
-语音通信单元(6)，用于启动语音通信通话模式，以在耳机(4)与远端设备之间建立通话；
-扬声器(8)，用于再现音频信号；
-麦克风(10)，用于接收音频信号；
-光容积描记传感器(12)，用于通过所述用户的所述耳朵中或所述用户的所述耳朵处的皮肤进行光学测量；
其中，所述系统(2)包括连接到光容积描记传感器(12)的处理单元(14)，其中，所述处理单元(14)被配置用于基于光容积描记传感器测量值来确定所述用户的所述心率数据；
其中，所述系统(2)包括检测所述用户是否正在与所述远端设备通话或者未通话；以及
其中，所述系统(2)包括数据通信单元(16)，用于当所述用户佩戴所述耳机(4)时提供所确定的所述用户的心率数据，以指示所述用户的所述心率数据。
2.根据权利要求1所述的系统(2)，其中，所述处理单元(14)被配置为基于所述光容积描记传感器测量值来确定心率(HR)并确定心动周期(RRi)间隔，并且其中，所述处理单元(14)被配置用于基于所述心动周期(RRi)间隔来确定在一段时间间隔期间的心率变异性(HRV)。
3.根据前述权利要求所述的系统(2)，其中，所述处理单元(14)被配置用于基于所述心率变异性(HRV)来确定低频(LF)分量和高频(HF)分量，其中，所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量是心动周期(RRi)周期图中的分量，其中，所述心动周期(RRi)周期图基于所确定的心动周期(RRi)间隔。
4.根据前述权利要求所述的系统(2)，其中，当所述用户未通话时，所述处理单元(14)被配置用于在第一时间间隔T1期间确定所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量的基础测量值，并且其中，所述处理单元(14)被配置为在所述第一时间间隔T1期间测量所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量之间的第一比率(LF/HF-off call)。
5.根据权利要求3或4所述的系统(2)，其中，当所述用户正在通话时，所述处理单元(14)被配置为在第二时间间隔T2期间测量所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF-on call)。
6.根据前述权利要求所述的系统(2)，其中，所述处理单元(14)被配置为通过检测所述心率超过第一预定义阈值(threshold 1)和/或通过检测所述第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(threshold 2)来检测压力。
7.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述系统(2)包括通知单元，如果所述处理单元(14)检测到所述用户的心率增加，则所述通知单元用于提供通知。
8.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机(4)包括运动传感器，所述运动传感器被配置用于检测所述用户的头部运动，以滤除所述光容积描记传感器测量值中的运动引起的假像。
9.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机(4)被配置使得当所述用户佩戴所述耳机(4)时，所述光容积描记传感器(12)被布置在所述用户的耳前皮肤窝(72)区域处以从浅颞动脉获得光容积描记信号。
10.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机(4)被配置成使得当所述用户佩戴所述耳机(4)时，所述光容积描记传感器(12)布置在所述皮肤表面上方小于5mm，诸如小于4mm、或诸如小于3mm、或诸如小于2mm、或诸如小于1mm。
11.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机(4)包括耳机外壳(44)，并且其中，所述耳机外壳(44)上安装有耳垫(42)、并且其中，所述光容积描记传感器(12)安装在所述耳机外壳(44)中或所述耳垫(42)中。
12.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机外壳(44)包括突起(46)，其中，所述光容积描记传感器(12)被设置为使得当所述用户佩戴所述耳机(4)时，所述突起(46)被配置为搁置/位于所述用户的耳前皮肤窝(72)区域处。
13.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述耳机(4)包括固定部分，所述固定部分用于当所述用户佩戴所述耳机(4)时固定所述耳机外壳(44)的位置，使得所述光容积描记传感器(12)布置在所述用户的耳前皮肤窝(72)区域处。
14.根据前述任何权利要求所述的系统(2)，其中，所述系统(2)包括用于指示耳机(4)处于通话模式还是处于未通话模式的通话指示符，用于检测所述用户是否正在与远端设备通话或者未通话。
15.一种被配置用于语音通信的耳机(4)，所述耳机(4)被配置为至少部分地佩戴在用户的耳朵处或耳朵中，其中，所述耳机(4)被配置用于在根据上述任何权利要求的系统(2)中。
16.一种在根据权利要求1至14中任一项所述的系统(2)中执行的用于确定用户的心率数据的方法(100)，所述方法包括：
-确定(102)心率(HR)；
-确定(104)心动周期(RRi)间隔；
-基于所确定的心动周期(RRi)间隔，确定(106)在一段时间间隔期间的心率变异性(HRV)；
-基于所述心率变异性(HRV)确定(108)低频(LF)分量和高频(HF)分量，其中，所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量是心动周期(RRi)周期图中的分量，其中，所述心动周期(RRi)周期图基于所确定的心动周期(RRi)间隔；
-当所述用户未通话时，在第一时间间隔T1期间确定(110)所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量的基础测量值，并且其中，所述处理单元被配置用于在所述第一时间间隔T1期间测量所述低频(LF)分量和所述高频(HF)分量之间的第一比率(LF/HF-off call)；
-当所述用户正在通话时，在第二时间间隔T2期间测量(112)所述低频(LF)分量与所述高频(HF)分量之间的第二比率(LF/HF-on call)；以及
-通过检测所述心率超过第一预定义阈值(threshold 1)和/或通过检测所述第二比率(LF/HF-on call)超过第二预定义阈值(threshold 2)来检测(114)压力。
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